基于魚(yú)類(lèi)完整性指數(shù)的甌江干流(麗水段)水生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)*

余根聽(tīng) 尤愛(ài)菊 周鑫妍 胡可可 許開(kāi)平 滑 磊 唐文嘉

(浙江省水利河口研究院(浙江省海洋規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院),浙江 杭州 310020)

河流作為生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分,能為各種生物的生存、覓食、繁殖等提供必須的活動(dòng)空間、食物來(lái)源及棲息庇護(hù)等,是物質(zhì)循環(huán)、能量流動(dòng)、信息傳遞的重要通道。河流生態(tài)系統(tǒng)健康與否,影響著環(huán)境、社會(huì)和生活的諸多方面。20世紀(jì)80年代,歐洲、美國(guó)、南非、澳大利亞等國(guó)家開(kāi)展了大規(guī)模的河流生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)工作,從水量、水質(zhì)、棲息地以及水生生物等角度出發(fā),以維持河流生態(tài)系統(tǒng)完整性為目的,提出了多種河流生態(tài)健康評(píng)價(jià)方法,包括河流無(wú)脊椎動(dòng)物預(yù)測(cè)和分類(lèi)系統(tǒng)(RIVPACS)、河流評(píng)估系統(tǒng)(AUSRIVAS)、生物完整性指數(shù)(IBI)、澳大利亞溪流狀況指數(shù)(ISC)、瑞典岸邊與河道環(huán)境細(xì)則(RCE)、英國(guó)河流棲息地調(diào)查方法(RHS)以及快速生物監(jiān)測(cè)協(xié)議(RHP)等[1-3]。硅藻和底棲無(wú)脊椎動(dòng)物是用于評(píng)估河流生態(tài)系統(tǒng)健康的常用生物監(jiān)測(cè)對(duì)象[4-7],然而在實(shí)際操作中,使用硅藻或無(wú)脊椎動(dòng)物作為生物監(jiān)測(cè)對(duì)象存在一定困難,如需要專門(mén)的分類(lèi)學(xué)專業(yè)知識(shí)、采樣分類(lèi)和識(shí)別困難且耗時(shí)、物種和群體通常缺乏背景生活史信息等,導(dǎo)致監(jiān)測(cè)結(jié)果很難轉(zhuǎn)化為有價(jià)值的評(píng)價(jià)依據(jù)。

魚(yú)類(lèi)具有分布廣泛、鑒定相對(duì)容易、生活史長(zhǎng)序列、對(duì)生存環(huán)境存在應(yīng)激行為、具有群聚效應(yīng)以及公眾熟知等特點(diǎn)[8],眾多學(xué)者相繼開(kāi)展了大量的魚(yú)類(lèi)生物完整性評(píng)價(jià)。借鑒以往研究經(jīng)驗(yàn),本研究通過(guò)構(gòu)建魚(yú)類(lèi)完整性指數(shù)(F-IBI)體系,對(duì)甌江干流(麗水段)水生態(tài)系統(tǒng)健康狀況進(jìn)行評(píng)價(jià),以期為甌江干流水生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)與修復(fù)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

本研究區(qū)域主要為甌江干流(麗水段)的龍泉溪(25.23 km)、大溪(96.34 km)。甌江位于浙江省南部,干流全長(zhǎng)約384 km,流域面積18 100 km2,是浙江省第二大河流。甌江屬山溪型河流,生態(tài)環(huán)境多樣,孕育著豐富的水生生物資源,其中魚(yú)類(lèi)資源尤為豐富,為中國(guó)溪流性魚(yú)類(lèi)分布的典型代表[9]。根據(jù)《甌江水產(chǎn)資源初步調(diào)查報(bào)告》記載,1964—1972年調(diào)查甌江流域有魚(yú)類(lèi)111種,其中甌江干流(麗水段)調(diào)查發(fā)現(xiàn)81種。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展,甌江流域水生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生了較大變化,但后續(xù)并未針對(duì)整個(gè)甌江流域魚(yú)類(lèi)進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)查研究,直至2008年后,才陸續(xù)有對(duì)甌江流域麗水段[10]、溫州段[11]溪流性魚(yú)類(lèi)和甌江河口海域[12]等魚(yú)類(lèi)的調(diào)查和研究。

1.2 調(diào)查站點(diǎn)設(shè)置及樣品采集

1.2.1 站點(diǎn)設(shè)置

根據(jù)《內(nèi)陸水域漁業(yè)自然資源調(diào)查手冊(cè)》和《淡水漁業(yè)資源調(diào)查規(guī)范 河流》(SC/T 9429—2019)要求,綜合考慮甌江干流(麗水段)地形地貌、支流匯入以及歷史監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)情況等,將研究區(qū)劃分為龍泉段、大港頭段、蓮都城區(qū)段和?？诖宥?龍泉段與大港頭段之間的緊水灘水庫(kù)、石塘水庫(kù)、玉溪水庫(kù)不納入本次調(diào)查范圍(見(jiàn)圖1)。由于魚(yú)類(lèi)具有較強(qiáng)的活動(dòng)能力,本次站點(diǎn)的設(shè)置以河段為準(zhǔn),不固定于某一特定斷面。

圖1 調(diào)查河段分布Fig.1 The distribution of surveyed river section

1.2.2 樣品采集

樣品采集共計(jì)4次,主要集中于2019年3月、5月、8月和10月。魚(yú)類(lèi)綜合調(diào)查采用現(xiàn)場(chǎng)捕撈法、漁獲物調(diào)查法和補(bǔ)充調(diào)查法?，F(xiàn)場(chǎng)捕撈法根據(jù)采樣河段的生境類(lèi)型和調(diào)查種類(lèi)的習(xí)性,選擇相應(yīng)的網(wǎng)具、釣具或其他捕魚(yú)設(shè)備,在各河段魚(yú)量較多的位置直接捕獲魚(yú)類(lèi)樣本(河流采樣時(shí)間控制在60～120 min),新鮮稱重和測(cè)量體長(zhǎng)后,部分需要進(jìn)一步鑒定種類(lèi)的樣品用8%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的福爾馬林溶液固定后帶回實(shí)驗(yàn)室鑒定;漁獲物調(diào)查法直接從漁民或垂釣者處購(gòu)買(mǎi)收集其持有的所有漁獲物;補(bǔ)充調(diào)查法通過(guò)訪問(wèn)相關(guān)部門(mén)及人士(當(dāng)?shù)貪O業(yè)部門(mén)、水產(chǎn)協(xié)會(huì)、水務(wù)部門(mén)、當(dāng)?shù)貪O民),獲得該水域魚(yú)類(lèi)的基礎(chǔ)資料。物種鑒定主要參考《中國(guó)魚(yú)類(lèi)系統(tǒng)檢索》《中國(guó)動(dòng)物志·硬骨魚(yú)綱·鯉形目》《中國(guó)動(dòng)物之·硬骨魚(yú)綱·鲇形目》等。

1.3 F-IBI體系構(gòu)建

1.3.1 候選指標(biāo)

經(jīng)過(guò)近20多年的研究,國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者已基本建立了適合于不同水域的F-IBI指標(biāo)體系[13-15]。鄭海濤[16]4通過(guò)對(duì)比了19個(gè)不同研究地區(qū)F-IBI指標(biāo)體系的68個(gè)指標(biāo),發(fā)現(xiàn)魚(yú)類(lèi)的種類(lèi)組成與豐度、營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)、繁殖共位群、魚(yú)類(lèi)數(shù)量與健康狀況、耐受性等對(duì)環(huán)境變化較為敏感。本研究借鑒以往研究成果,結(jié)合2019年甌江干流(麗水段)魚(yú)類(lèi)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)情況,優(yōu)化初選了25個(gè)F-IBI候選指標(biāo),各指標(biāo)情況及對(duì)河流生態(tài)損害的響應(yīng)詳見(jiàn)表1。

表1 F-IBI候選指標(biāo)及對(duì)河流生態(tài)損害的響應(yīng)Table 1 The candidate indicators of F-IBI and their response to ecological damage

1.3.2 指標(biāo)篩選原則

指標(biāo)篩選時(shí)依據(jù)以下3個(gè)原則:(1)分布范圍篩選[16]9。指標(biāo)計(jì)算結(jié)果在采樣斷面間差異值(以兩兩比較差異的均值計(jì))小于10%的排除,任一指標(biāo)在90%以上采樣斷面均為0的排除。(2)判別能力篩選[17]。以甌江干流2010年8月龍泉段、大港頭段、蓮都城區(qū)段、?？诖宥?個(gè)監(jiān)測(cè)河段各項(xiàng)指標(biāo)計(jì)算結(jié)果作為參照,比較各指標(biāo)參照值與觀測(cè)值間箱體25%～75%分位數(shù)范圍的重疊情況并據(jù)此賦值(IQ),如2個(gè)箱體中位數(shù)都在對(duì)方箱體內(nèi),則IQ=0;如箱體部分重疊,其中一個(gè)中位數(shù)值在對(duì)方箱體之內(nèi),另一個(gè)在對(duì)方箱體之外,則IQ=1;如箱體部分重疊,但中位數(shù)值均在對(duì)方箱體之外,則IQ=2;如箱體沒(méi)有重疊,則IQ=3。保留IQ≥2的指標(biāo)進(jìn)一步分析。(3)相關(guān)性分析篩選。對(duì)余下指標(biāo)進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析,以檢驗(yàn)候選指標(biāo)的冗余。當(dāng)相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值>0.9時(shí),2個(gè)指標(biāo)間信息重疊度高,需刪除一個(gè),保留信息量大的指標(biāo)[18]167。經(jīng)上述原則篩選后,最終確定構(gòu)成F-IBI的指標(biāo)。

1.4 指標(biāo)賦值與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

以甌江干流2010年8月龍泉段、大港頭段、蓮都城區(qū)段、?？诖宥胃黜?xiàng)指標(biāo)計(jì)算結(jié)果的最大值作為期望值,采用1、3、5賦分法[19],對(duì)甌江干流(麗水段)水生態(tài)健康狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)。其中,指標(biāo)計(jì)算值達(dá)到期望值75%以上的計(jì)5分,不及期望值50%的計(jì)1分,位于兩者之間的計(jì)3分[18]167?？紤]到在評(píng)價(jià)不同水體時(shí)選用的F-IBI體系指標(biāo)數(shù)量可能存在不同引起總分差異,參考文獻(xiàn)[3]對(duì)F-IBI的總得分進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,計(jì)算公式見(jiàn)式(1):

(1)

式中:T為F-IBI總分值;Vi為第i個(gè)指標(biāo)的分值;n為指標(biāo)數(shù)量。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果,將F-IBI總分值劃分為6個(gè)健康等級(jí),詳見(jiàn)表2。

表2 F-IBI等級(jí)劃分Table 2 The classification of F-IBI

2 結(jié)果與分析

2.1 甌江干流(麗水段)魚(yú)類(lèi)種類(lèi)組成

本次調(diào)查共采集到魚(yú)類(lèi)樣本3 550尾,隸屬于7目16科69種,其中鯡形目、鮭形目、鰻鱺目均有1種,分別為刀鱭、香魚(yú)、日本鰻鱺;鯉形目有2科45種,其中鯉科共計(jì)41種,占總種數(shù)的59.42%,鰍科共計(jì)4種,占總種數(shù)的5.80%;鲇形目共計(jì)10種,占總種數(shù)的14.49%;合鰓目共計(jì)1種,占總種數(shù)的1.45%;鱸形目共計(jì)10種,占總種數(shù)的14.49%。從營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)看,有23種肉食性魚(yú)類(lèi)、40種雜食性魚(yú)類(lèi)、2種植食性魚(yú)類(lèi)、2種濾食性魚(yú)類(lèi)、2種腐屑食性魚(yú)類(lèi);從繁殖共位群看,有5種產(chǎn)沉性卵魚(yú)類(lèi)、11種產(chǎn)浮性卵魚(yú)類(lèi)、13種產(chǎn)漂流性卵魚(yú)類(lèi)、40種產(chǎn)黏性卵魚(yú)類(lèi),其中包括10種特殊產(chǎn)卵行為魚(yú)類(lèi);從棲息水層看,有28種棲息于底層、19種棲息于中下層、22種棲息于中上層;從耐受性看,有36種敏感性魚(yú)類(lèi)、27種耐污性魚(yú)類(lèi)、6種一般性魚(yú)類(lèi)[20-21];從魚(yú)類(lèi)數(shù)量及健康狀況來(lái)看,共有3種外來(lái)物種,包括藍(lán)鰓太陽(yáng)魚(yú)(北美引進(jìn))、奧利亞羅非魚(yú)(喀麥隆、乍得、埃及等引進(jìn))、日本鰻鱺(日本引進(jìn)),2種雜交物種(甌江彩鯉×鯽、鯉×鯽)。

2.2 F-IBI指標(biāo)的篩選

通過(guò)以上方法,計(jì)算本次25個(gè)F-IBI候選指標(biāo)的結(jié)果,詳見(jiàn)表3。經(jīng)分布范圍篩選,指標(biāo)M21在各斷面均為0,需排除;剩余候選指標(biāo)只有M1、M5、M6、M8、M9、M16、M24、M25的箱體圖滿足判別能力需求(見(jiàn)圖2),因此選擇這8個(gè)指標(biāo)進(jìn)入下一輪Pearson相關(guān)性分析。

表3 甌江干流(麗水段)不同水段F-IBI候選指標(biāo)計(jì)算結(jié)果Table 3 The calculation results of F-IBI candidate indicators in monitoring sections of Oujiang River (Lishui section)

圖2 甌江干流(麗水段)F-IBI候選指標(biāo)參照點(diǎn)與監(jiān)測(cè)點(diǎn)箱體圖Fig.2 The box diagram of reference value and monitored value of F-IBI candidate indicators in Oujiang River (Lishui section)

應(yīng)用SPSS軟件對(duì)上述8個(gè)指標(biāo)進(jìn)行Pearson相關(guān)分析,結(jié)果見(jiàn)表4。M1與M16、M16與M24之間相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值>0.9,表明彼此之間重疊度較高,故而排除信息量較小的M16,保留信息量較大的M1和M24,最終確定7個(gè)指標(biāo)構(gòu)成評(píng)價(jià)甌江干流(麗水段)水生態(tài)系統(tǒng)健康狀況的F-IBI體系,各指標(biāo)期望值及賦分標(biāo)準(zhǔn)詳見(jiàn)表5。

表4 甌江干流(麗水段)8個(gè)候選指標(biāo)之間的Pearson相關(guān)系數(shù)Table 4 The Pearson correlation coefficient among 8 candidate indicators in Oujiang River (Lishui section)

表5 甌江干流(麗水段)F-IBI指標(biāo)的期望值及賦分標(biāo)準(zhǔn)Table 5 The expectation value and scoring standard of F-IBI indicators in Oujiang River (Lishui section)

2.3 F-IBI評(píng)價(jià)結(jié)果

7個(gè)指標(biāo)經(jīng)量化分析后,得到甌江干流(麗水段)F-IBI指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果,具體見(jiàn)表6。龍泉段、蓮都城區(qū)段、?？诖宥蜦-IBI評(píng)價(jià)結(jié)果處于“極好”水平,大港頭段處于“好”水平。

表6 甌江干流(麗水段)F-IBI指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果Table 6 The evaluation results of F-IBI indicators in Oujiang River (Lishui section)

通過(guò)對(duì)不同采樣點(diǎn)漁獲物種類(lèi)分析及群落相似度比較,并綜合考慮河流生境狀況,認(rèn)為造成4段水域F-IBI存在差異的原因如下:(1)上游龍泉段為溪流性河道,水量較小,適宜小型流水性魚(yú)類(lèi)棲息,物種較為豐富;(2)大港頭為玉溪水庫(kù)下游,經(jīng)過(guò)南山工業(yè)區(qū)塊,受玉溪水庫(kù)的蓄泄水及南山工業(yè)區(qū)開(kāi)發(fā)利用影響,水文情勢(shì)及水質(zhì)波動(dòng)較大,會(huì)對(duì)魚(yú)類(lèi)的棲息產(chǎn)生一定負(fù)作用;(3)根據(jù)《甌江水域生態(tài)系統(tǒng)生境保護(hù)與構(gòu)建工程技術(shù)及應(yīng)用研究》(2013年)專題報(bào)告,綜合河岸基質(zhì)、水流類(lèi)型、水生植被、生境類(lèi)型、人工護(hù)岸、水質(zhì)污染等6個(gè)因素,發(fā)現(xiàn)蓮都城區(qū)段河流生境質(zhì)量比大港頭段更好,為魚(yú)類(lèi)提供了良好的棲息條件,故而蓮都城區(qū)段F-IBI總分值高于大港頭段;(4)?？诖宥问荛_(kāi)潭電站、五里亭電站、外雄電站及三溪口電站等影響,原有河流相水體正逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楹?kù)相水體,喜動(dòng)水魚(yú)類(lèi)群落正逐漸向喜靜水魚(yú)類(lèi)群落轉(zhuǎn)變,導(dǎo)致現(xiàn)階段魚(yú)類(lèi)豐富度相對(duì)較高。

3 結(jié) 論

(1) 從魚(yú)類(lèi)的種類(lèi)組成與豐度、營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)、繁殖共位群、魚(yú)類(lèi)數(shù)量與健康狀況、耐受性等對(duì)環(huán)境變化較為敏感的項(xiàng)目中初選25個(gè)候選指標(biāo),根據(jù)樣品采集情況計(jì)算各指標(biāo)結(jié)果,并以2010年8月甌江干流魚(yú)類(lèi)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為參照值,根據(jù)分布范圍篩選、判別能力篩選及相關(guān)性分析篩選原則,最終選取M1(總種數(shù))、M5(鱸形目占總種數(shù)的比例)、M6(中上層魚(yú)類(lèi)占總種數(shù)的比例)、M8(底層魚(yú)類(lèi)占總種數(shù)的比例)、M9(Shannon-Wiener多樣性指數(shù))、M24(敏感性魚(yú)類(lèi)占總種數(shù)的比例)、M25(耐受性魚(yú)類(lèi)占總種數(shù)的比例)7項(xiàng)指標(biāo),構(gòu)建甌江干流(麗水段)F-IBI指標(biāo)體系。

(2) 根據(jù)構(gòu)建的F-IBI體系,對(duì)甌江干流(麗水段)水生態(tài)健康狀況進(jìn)行了評(píng)估。結(jié)果顯示,龍泉段、蓮都城區(qū)段、?？诖宥嗡鷳B(tài)健康狀況處于“極好”水平,大港頭段處于“好”水平,魚(yú)類(lèi)物種分布主要受河段位置、流量、沿線工業(yè)分布及電站工程建設(shè)等影響。